316L不銹鋼管道晶間腐蝕失效

316L不銹鋼管道晶間腐蝕失效 材料工程張豪120117506 1 失效背景 腈綸廠輸送液態(tài)SO2的316L不銹鋼管道在使用中出現(xiàn)泄漏 檢查發(fā)現(xiàn)有3處環(huán)焊縫發(fā)生了裂紋而泄漏 該管道只使用一年 之后一直空置 三年 316L不銹鋼成分 a 檢查發(fā)現(xiàn)的裂紋 b 外表面裂紋示意圖 圖1失效的宏觀形貌 裂紋在焊縫法蘭側(cè)的熱影響區(qū)上 距離熔合線3 5mm 外表面有分叉 沒有點腐蝕 內(nèi)表面光潔 有腐蝕斑點 個別地方有數(shù)毫米長的周向裂紋 無分叉 圖2法蘭內(nèi)壁腐蝕斑點處縱向剖面的金相 200 2 金相形貌 圖2為裂紋剖面金相照片 未穿透壁厚方向上周向裂紋無明顯分叉 圖2下部為母材奧氏體組織 特點是晶界較細 符合一般單相奧氏體不銹鋼的特點 從圖中可以看出 內(nèi)表面有多處晶粒分離現(xiàn)象 顯示出明顯的晶間腐蝕特征 但晶間腐蝕深度并不深 大約6 7個晶粒深 說明內(nèi)壁腐蝕斑點處發(fā)生了晶間腐蝕 3 斷口掃描電鏡分析 圖3 a 這部分斷口已經(jīng)被嚴重腐蝕 但斷口上仍可大約觀察出這些宏觀的放射紋是源于內(nèi)表面的 圖3 a 掃描電鏡低倍形貌 49 500 圖3 b 近表面處斷口形貌 圖3 b 斷口為巖石狀形貌 有沿晶的二次裂紋 裂紋起源內(nèi)表面能譜分析顯示含有大量硫 靠近外壁斷口上同樣發(fā)現(xiàn)大量硫 分析表明法蘭發(fā)生晶間腐蝕進而發(fā)生的應(yīng)力腐蝕與硫有關(guān) 4 討論思路 管內(nèi)介質(zhì)分析晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕分析316L鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能應(yīng)力的聯(lián)合作用 1 管內(nèi)介質(zhì)分析管內(nèi)為99 99 SO2 水含量小于0 01 屬于無水純凈液態(tài)SO2 這種干燥液態(tài)SO2不會產(chǎn)生晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂 但工廠使用的SO2不一定都是無水的 如果水分超標(biāo) 或設(shè)備放置不用時管內(nèi)SO2接觸到大氣水分時 均會出現(xiàn)亞硫酸 SO2 H2O H2SO3 2 316L晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕分析316L為超低碳不銹鋼 具有良好的抗晶間性能 但焊接不當(dāng)時 熱影響區(qū)會出現(xiàn)敏化現(xiàn)象 裂紋在法蘭高頸一側(cè) 另一側(cè)沒有裂紋 說明高頸部位厚度大 冷卻速度比較慢 產(chǎn)生了敏化 不銹鋼的敏化現(xiàn)象 敏化作用 鋼中的碳 通常含0 08 與鉻結(jié)合 在熱處理過程中或在焊接過程中在晶界析出 形成的碳化物使晶界出現(xiàn)貧鉻 并在晶界形成抗腐蝕薄膜同時發(fā)生局部的晶界腐蝕 降低了材料的耐應(yīng)力腐蝕性 接頭敏化作用 C Cr 3 316L鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能316L鋼除對氯離子敏感易產(chǎn)生腐蝕之處 從許多有關(guān)腐蝕的著作中均可查到316型的奧氏體不銹鋼對亞硫酸是敏感的 一旦出現(xiàn)亞硫酸 則即會造成晶間腐蝕 在應(yīng)力作用下晶間腐蝕發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕裂紋 典型的晶間腐蝕 4 應(yīng)力的聯(lián)合作用管子出現(xiàn)的裂紋是周向的 說明這不是管子的內(nèi)壓力引起的周向應(yīng)力的作用 管道組裝與投用后的彎曲應(yīng)力和工作時的熱膨脹應(yīng)力則往往是與管子軸向平行 如果再疊加焊接的殘余應(yīng)力 沿與焊縫相垂直的方向 則可能導(dǎo)致出現(xiàn)周向的應(yīng)力腐蝕裂紋 5 結(jié)論 對所取樣品經(jīng)裂紋的宏觀分析 金相分析 斷口的掃描電鏡分析 微區(qū)腐蝕物的能譜分析等 得到以下幾點分析結(jié)論 1 熱影響區(qū)中的近熔合線處的晶粒有些粗化 但在離熔合線4 5mm處有一晶界較粗的區(qū)域 此系焊接熱影響區(qū)中的敏化區(qū) 是奧氏體晶粒中碳化物向晶界析出的區(qū)域 2 本管道發(fā)生在環(huán)焊縫法蘭側(cè)熱影響區(qū)的裂紋是敏化區(qū)的沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋 該裂紋起源于內(nèi)表面的晶間腐蝕區(qū) 內(nèi)表面敏化區(qū)局部發(fā)生晶間腐蝕之后 在管道應(yīng)力及焊縫殘余應(yīng)力誘導(dǎo)下形成宏觀上呈周向的沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋 直至穿透管壁而發(fā)生泄漏 3 斷口的腐蝕物經(jīng)掃描電鏡中的能譜分析證實含硫化合物 且近內(nèi)壁處含硫量高 近外壁處較低